西门子PLC在化学反应炉温控系统中的应用

目前,我国很多化工厂对化学反应炉的温度控制,依然采用手工操作。这种工作方式的缺点是:工人工作紧张,反应炉温度波动很大,而且控制室气温很高,工作条件艰苦。鉴于此,我们用西门子PLC对其进行改造,实现整个工艺的控制,同时希望提高控制精度在±0.5℃以内。我们采用西门子CPU224,设计出该温控自动化系统,取得较好效果。

1化学工艺过程和技术要求

反应炉里主要是聚合反应,炉内有搅拌器,炉外有夹套层,供冷却水进入以控制温度。聚合反应原理:首先按照一定比例将反应物加入反应炉中,然后向反应炉中通入蒸汽,温度达到预定温度时停止加热,这时报警系统提示加催化剂,于是开始聚合反应,伴有强烈的放热反应,该阶段是控制关键,要求保持恒温。这种聚合反应不仅仅是化学反应,还有相应的物理变化,是一种突发性很强的放热效应；在恒温阶段,设定时刻提示报警,提醒用户加各种小料。按生产工艺要求,聚合反应包括若干个升温段、恒温段、冷却段。

聚合反应功能要求:(l)对温度曲线进行实时准确跟踪。(2)可以手动／自动切换。(3)对温度过高、过低和定时时间到达进行报警或自动开启保护措施。(4)温度偏差控制在±0.5℃以内。

2系统组成

我们选用了西门子公司S7-200系列PLC模块。控制器为CPU224,此外,还有热电阻模块EM231、模拟量4路输入通用模块EM231、模拟量4路输出模块EM232。其中热电阻模块EM231对温度传感器信号进行转换；模拟量通用模块EM231的一路通道对水压信号进行处理；模拟量输出模块EM232两路通道分别控制搅拌机和模拟量水阀门。为了生产安全,系统还设计了应急措施,进行温度控制时,若温度相对于设定值过高,则打开另外一个开关量冷却水阀门；若温度过低,则打开排水阀门,使温度上升。图1为系统框架图。控制信号地址分配见表1。

3软件设计

对于温控系统,我们采用了PID控制算法。

数字位置式PID表达式如下:

我们在传统PID控制算法上作了改进。对于积分部分,在实际工程中采用了“变速积分”、“抗积分饱和”等处理方法。

4结束语

实验证明,该系统达到预期效果,可以将温度误差控制在±0.5℃以内,而且动态性能比较好,用户比较满意。

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